Технологические параметры экстракции сахара
9-05-2017, 19:15
Минимальные потери сахара на диффузионной установке зависят от технологических параметров в процессе экстракции сахара и от возврата жомопрессовой воды.
Рассмотрим влияние возврата жомопрессовой воды на потери сахара на диффузионной установке на приводимых ниже примерах. Пусть выходящий из диффузионной установки сырой жом содержит 0,56% сахара. Выход сырого жома с СВ = 8,6% составляет 70%. Этот жом прессуется до СВ = 16%, содержание сахара в прессованном жоме составляет 0,61%.
Пример В. Без возврата жомопрессовой воды.
Потери сахара с жомом останутся теми же, что и в случае с возвратом жомопрессовой воды, т. е. 0,23%.
Однако при работе без возврата жомопрессовой воды сахар, содержащийся в ней, будет потерян. Величина потерь сахара с жомопрессовой водой может быть определена как разница между количеством сахара в сыром жоме и прессованном, т. е.
Таким образом, потери сахара в жоме в обоих вариантах одинаковы. Однако потери сахара (кроме неучтенных) на диффузионной установке без возврата жомопрессовой воды на 0,16% выше.
Для достижения нормативных потерь сахара на диффузионной установке с возвратом жомопрессовой воды и без возврата необходимо иметь соответствующую величину содержания сахара в сыром жоме.
Нормативная величина потерь сахара с жомом на диффузионной установке непрерывного действия составляет 0,3...0,4% к массе свеклы. Для достижения этой величины необходимо, чтобы выходящий из диффузионной установки жом (сырой) имел определенную допустимую величину содержания сахара.
Допустимая величина содержания сахара в сыром жоме при работе с возвратом жомопрессовой воды определяется по уравнению:
где СХс.ж - содержание сахара в сыром жоме, %;
Мс.ж - выход сырого жома, % к массе свеклы,
Вп.ж - выход прессованного жома, % к массе свеклы;
Мм.я - содержание мякоти, % к массе свеклы. Эту величину можно принять равной 4,5...5,0.
Рассмотрим определение искомой величины на примере. Сырой жом после диффузионного аппарата прессуется до СВ = 15,8%. Выход сырого жома 70%, а прессованного 37%. Нужно определить какое должно быть содержание сахара в сыром жоме, чтобы были достигнуты потери сахара в жоме 0,35% к массе свеклы. Для этого вначале находят, какое должно быть содержание сахара в прессованном жоме из соотношения:
Подставляя найденное значение СХп.ж и данные примера в уравнение (5), получим содержание сахара в свежем жоме:
Допустимая величина содержания сахара в сыром жоме при работе без возврата жомопрессовой воды определяется следующим образом.
В случае, если жомопрессовая вода не возвращается на диффузию, то для обеспечения нормативных потерь сахара на диффузионной установке (с жомом и жомопрессовой водой) потери сахара с жомом должны быть меньше на величину потерь сахара с жомопрессовой водой.
Например, чтобы потери сахара на диффузионной установке равнялись 0,35% к массе свеклы, необходимо, чтобы потери сахара с жомом были примерно в два раза меньше, т. е. равнялись 0,18% к массе свеклы. Достичь такой величины потерь сахара с жомом можно путем снижения сахара в сыром и соответственно в прессованном жоме Содержание сахара в этом случае должно равняться:
Соответственно содержание сахара в сыром жоме должно составить:
То есть для нормативных потерь сахара с жомом на диффузионной установке в случае, если жомопрессовая вода не возвращается на диффузию, жом, выходящий из диффузионной установки, должен содержать примерно в два раза меньше сахара, чем в случае, когда возвращается жомопрессовая вода. Обеспечить это можно за счет увеличения откачки сока.
Приведенные выше данные относятся только к потерям сахара на диффузионной установке в жоме и жомопрессовой воде.
Однако при работе диффузионной установки с возвратом жомопрессовой воды в диффузионный сок с последней вводятся несахара. Эти несахара плохо удаляются в процессе известково-углекислотной очистки, и поэтому большая их часть переходит в мелассу, увеличивая ее количество и повышая содержание в ней.
Рассмотрим это на основании данных, приведенных выше в примере А. Из этих данных следует, что масса жомопрессовой воды равна:
Количество сахара в жомопрессовой воде равно 0,33 кг. Согласно данным польских исследователей С. Вавро и В. Внука, при содержании сахара в сыром жоме 0,6% чистота жомопресовой воды составляет 72%.
Количество сухих веществ в жомопрессовой воде:
Соответственно количество несахара в ней
Величина эффекта очистки при известково-углекислотной очистке жомопрессовой воды составляет порядка 10%. Исходя из этого, в мелассу перейдет 0,14 • 0,9 = 0,126 кг несахаров жомопрессовой воды. Принимаем, что меласса, получаемая при переработке свеклы, имеет чистоту 58%, а мелассообразовательный коэффициент равен:
За счет несахара жомопрессовой воды, перешедшего в мелассу, содержание сахара в ней увеличится на 0,126 • 1,38 = 0,17%, а дополнительный ее выход составит ~0,35 %.
Таким образом, за счет возврата жомопрессовой воды увеличение выхода сахара составит:
т. е. примерно на половину от количества сахара, возвращаемого с жомопрессовой водой на диффузию.
При этом оставшаяся часть сахара жомопрессовой воды, перешедшая в мелассу, в отличие от работы без возврата жомопрессовой воды, не выбрасывается на «канаву», а будет утилизирована при использовании мелассы.
Необходимость возврата жомопрессовой воды на диффузию обусловлена не только снижением потерь сахара, но и уменьшением количества воды, расходуемой на извлечение сахара из свеклы, снижением загрязнения окружающей среды и возможностью уменьшения откачки сока. Последняя, как известно, зависит от содержания сахара в сыром жоме и от степени его прессования. При этом, чем больше степень прессования жома, тем выше можно иметь содержание сахара в сыром жоме и соответственно меньше величина откачки.
Расчеты показывают, что при увеличении содержания сухих веществ прессованного жома с 12 до 24% с одинаковой величиной потерь сахара в отжатом жоме величина откачки сока может быть снижена со 130 до 115%, то есть примерно на 20%, что весьма важно с теплотехнической точки зрения.
Анализ показывает, что при увеличении степени отжатия количество сахара, переходящего в мелассу за счет несахаров жомопрессовой воды, практически не увеличивается.
Это объясняется тем, что при прессовании сырого жома с повышенным содержанием сахара увеличивается чистота жомопрессовой воды. Вследствие этого, несмотря на увеличение количества жомопрессовой воды, количество несахаров в ней практически не возрастает.
Кроме того, повышение степени отжатия жома позволяет значительно снизить расход топлива на его сушку. В настоящее время на сахарных заводах РФ для получения 1 т сушеного жома затрачивается 600...650 кг условного топлива или 60...65% к массе сухого жома.
Повышение степени отжатия жома с 16...17% до 21...22% СВ позволяет снизить расход условного топлива до 34...36% к массе сухого жома, то есть, примерно в два раза.
Повышение степени отжатия жома, кроме того, позволяет снизить расход топлива на выпарной установке за счет меньшей откачки сока на диффузии.
Возврат жомопрессовой воды в диффузионный процесс - обязательное и непрерывное условие повышения эффективности свеклосахарного производства.
Однако на большинстве сахарных заводов возврат жомопрессовой воды не проводится в силу ряда причин. Одной из них является отсутствие жомопрессового оборудования, обеспечивающего глубокое прессование жома - до 25...30% сухих веществ. При прессовании жома до СВ = 12...16% для получения нормативных потерь сахара в жоме 0,25...0,35 % содержание сахара в сыром жоме должно быть примерно в два раза ниже, чем при прессовании жома до СВ = 25...30%. Получение же сырого жома с более низким содержанием сахара связано со снижением чистоты жомопрессовой воды. Так, установлено, что при снижении содержания сахара в сыром жоме с 1,4 до 0,3% величина чистоты жомопрессовой воды уменьшается примерно на 20 ед. Низкая чистота жомопрессовой воды приводит к ухудшению качества диффузионного сока и увеличивает содержание сахара в мелассе. То есть в этом случае эффективность возврата жомопрессовой воды значительно ниже, чем при прессовании жома до более высокой величины сухих веществ.
Жомопрессовая вода содержит значительное количество ВМС и сильно заражена микроорганизмами. Поэтому перед возвратом жомопрессовой воды на диффузию необходима ее очистка. Известно, что одной тепловой обработки жомопрессовой воды недостаточно, и поэтому необходима ее очистка при помощи химических реагентов.
Способы обработки жомопрессовой воды известны и достаточно подробно освещены в журнале «Сахар». Однако, известные способы имеют определенные недостатки, поэтому поиски новых способов продолжаются.
Следует иметь в виду, что при возврате жомопрессовой воды в диффузионный аппарат вводится определенное количество сахара, что при прочих равных условиях (откачка сока, температура и продолжительность процесса) приводит к увеличению содержания сахара в сыром жоме и соответственно в жомопрессовой воде, получаемой при его прессовании. С увеличением числа циклов возврата жомопрессовой воды обе эти величины будут увеличиваться, что в конечном итоге приведет к такому увеличению содержания сахара в сыром жоме, при котором уже при той же откачке и степени прессования достичь требуемого нормативного содержания сахара в прессованном жоме будет невозможно. То есть в этом случае необходимо увеличить откачку или осуществить сброс жомопрессовой воды. С технологической точки зрения второй вариант, а именно уменьшение содержания ВМС в соке, более предпочтителен.
При работе без возврата жомопрессовой воды в определенных ситуациях, например при недостаточной производительности завода по свекле, когда увеличение величины откачки для выпарной установки не играет особого значения, на первое место выходит вопрос о глубине обессахаривания жома, т. е. потерях сахара в жоме. В таких ситуациях при решении данного вопроса следует исходить из качества извлекаемого сока в зависимости от содержания сахара в сыром жоме.
Исследованиями, выполненными в последнее время в Польше, установлено, что при снижении содержания сахара в жоме с 1,4 до 0,3 % чистота извлекаемого сока уменьшается с 80 до 60 % практически по линейной зависимости. Понятно, что сок с чистотой 60 % можно рассматривать как мелассу и поэтому обессахаривание жома до более низкой величины содержания сахара, чем 0,3%, согласно мнениям специалистов, экономически нецелесообразно.
Мезга и ее влияние на технологический процесс.
Мезгой принято называть мелкие частички свеклы (размером менее 1 мм), которые образуются главным образом при изрезывании свеклы в стружку, перетиранием ее при транспортировке в диффузионном аппарате.
Количество мезги зависит от качества перерабатываемой свеклы, типа свеклорезки, применяемых ножей, режима изрезывания свеклы, типа диффузионной установки и т. д.
Согласно Р. Шивеку, содержание мезги в диффузионном соке из диффузионных аппаратов непрерывного действия составляет 0,05...0,3%.
Экспериментально показано, что при очистке диффузионных соков, из которых удалена мезга, получаются очищенные соки с чистотой на 2,0% и содержанием солей кальция примерно на 40% ниже, а сиропы с чистотой на 0,4% выше и цветностью на 20% ниже.
Мезга удаляется с осадком сока I сатурации. Однако удаление фильтрацией такого осадка связано с определенными трудностями из-за образования растворимых пектиновых веществ, за счет которых величина Fк возрастает примерно в два раза, что приводит к значительному замедлению процесса фильтрования.
Для удаления мезги из сока в настоящее время предложено много конструкций мезголовушек.
Среди них в последнее время широкое распространение получают дуговые сита, не имеющие движущихся частей. Испытания работы дуговых сит показали, что они удаляют примерно 50% мезги. При этом эффективность их работы зависит от содержания мезги в диффузионном соке и размера отверстий сита.
Рассмотрим влияние возврата жомопрессовой воды на потери сахара на диффузионной установке на приводимых ниже примерах. Пусть выходящий из диффузионной установки сырой жом содержит 0,56% сахара. Выход сырого жома с СВ = 8,6% составляет 70%. Этот жом прессуется до СВ = 16%, содержание сахара в прессованном жоме составляет 0,61%.
Пример В. Без возврата жомопрессовой воды.
Потери сахара с жомом останутся теми же, что и в случае с возвратом жомопрессовой воды, т. е. 0,23%.
Однако при работе без возврата жомопрессовой воды сахар, содержащийся в ней, будет потерян. Величина потерь сахара с жомопрессовой водой может быть определена как разница между количеством сахара в сыром жоме и прессованном, т. е.
Таким образом, потери сахара в жоме в обоих вариантах одинаковы. Однако потери сахара (кроме неучтенных) на диффузионной установке без возврата жомопрессовой воды на 0,16% выше.
Для достижения нормативных потерь сахара на диффузионной установке с возвратом жомопрессовой воды и без возврата необходимо иметь соответствующую величину содержания сахара в сыром жоме.
Нормативная величина потерь сахара с жомом на диффузионной установке непрерывного действия составляет 0,3...0,4% к массе свеклы. Для достижения этой величины необходимо, чтобы выходящий из диффузионной установки жом (сырой) имел определенную допустимую величину содержания сахара.
Допустимая величина содержания сахара в сыром жоме при работе с возвратом жомопрессовой воды определяется по уравнению:
где СХс.ж - содержание сахара в сыром жоме, %;
Мс.ж - выход сырого жома, % к массе свеклы,
Вп.ж - выход прессованного жома, % к массе свеклы;
Мм.я - содержание мякоти, % к массе свеклы. Эту величину можно принять равной 4,5...5,0.
Рассмотрим определение искомой величины на примере. Сырой жом после диффузионного аппарата прессуется до СВ = 15,8%. Выход сырого жома 70%, а прессованного 37%. Нужно определить какое должно быть содержание сахара в сыром жоме, чтобы были достигнуты потери сахара в жоме 0,35% к массе свеклы. Для этого вначале находят, какое должно быть содержание сахара в прессованном жоме из соотношения:
Подставляя найденное значение СХп.ж и данные примера в уравнение (5), получим содержание сахара в свежем жоме:
Допустимая величина содержания сахара в сыром жоме при работе без возврата жомопрессовой воды определяется следующим образом.
В случае, если жомопрессовая вода не возвращается на диффузию, то для обеспечения нормативных потерь сахара на диффузионной установке (с жомом и жомопрессовой водой) потери сахара с жомом должны быть меньше на величину потерь сахара с жомопрессовой водой.
Например, чтобы потери сахара на диффузионной установке равнялись 0,35% к массе свеклы, необходимо, чтобы потери сахара с жомом были примерно в два раза меньше, т. е. равнялись 0,18% к массе свеклы. Достичь такой величины потерь сахара с жомом можно путем снижения сахара в сыром и соответственно в прессованном жоме Содержание сахара в этом случае должно равняться:
Соответственно содержание сахара в сыром жоме должно составить:
То есть для нормативных потерь сахара с жомом на диффузионной установке в случае, если жомопрессовая вода не возвращается на диффузию, жом, выходящий из диффузионной установки, должен содержать примерно в два раза меньше сахара, чем в случае, когда возвращается жомопрессовая вода. Обеспечить это можно за счет увеличения откачки сока.
Приведенные выше данные относятся только к потерям сахара на диффузионной установке в жоме и жомопрессовой воде.
Однако при работе диффузионной установки с возвратом жомопрессовой воды в диффузионный сок с последней вводятся несахара. Эти несахара плохо удаляются в процессе известково-углекислотной очистки, и поэтому большая их часть переходит в мелассу, увеличивая ее количество и повышая содержание в ней.
Рассмотрим это на основании данных, приведенных выше в примере А. Из этих данных следует, что масса жомопрессовой воды равна:
Количество сахара в жомопрессовой воде равно 0,33 кг. Согласно данным польских исследователей С. Вавро и В. Внука, при содержании сахара в сыром жоме 0,6% чистота жомопресовой воды составляет 72%.
Количество сухих веществ в жомопрессовой воде:
Соответственно количество несахара в ней
Величина эффекта очистки при известково-углекислотной очистке жомопрессовой воды составляет порядка 10%. Исходя из этого, в мелассу перейдет 0,14 • 0,9 = 0,126 кг несахаров жомопрессовой воды. Принимаем, что меласса, получаемая при переработке свеклы, имеет чистоту 58%, а мелассообразовательный коэффициент равен:
За счет несахара жомопрессовой воды, перешедшего в мелассу, содержание сахара в ней увеличится на 0,126 • 1,38 = 0,17%, а дополнительный ее выход составит ~0,35 %.
Таким образом, за счет возврата жомопрессовой воды увеличение выхода сахара составит:
т. е. примерно на половину от количества сахара, возвращаемого с жомопрессовой водой на диффузию.
При этом оставшаяся часть сахара жомопрессовой воды, перешедшая в мелассу, в отличие от работы без возврата жомопрессовой воды, не выбрасывается на «канаву», а будет утилизирована при использовании мелассы.
Необходимость возврата жомопрессовой воды на диффузию обусловлена не только снижением потерь сахара, но и уменьшением количества воды, расходуемой на извлечение сахара из свеклы, снижением загрязнения окружающей среды и возможностью уменьшения откачки сока. Последняя, как известно, зависит от содержания сахара в сыром жоме и от степени его прессования. При этом, чем больше степень прессования жома, тем выше можно иметь содержание сахара в сыром жоме и соответственно меньше величина откачки.
Расчеты показывают, что при увеличении содержания сухих веществ прессованного жома с 12 до 24% с одинаковой величиной потерь сахара в отжатом жоме величина откачки сока может быть снижена со 130 до 115%, то есть примерно на 20%, что весьма важно с теплотехнической точки зрения.
Анализ показывает, что при увеличении степени отжатия количество сахара, переходящего в мелассу за счет несахаров жомопрессовой воды, практически не увеличивается.
Это объясняется тем, что при прессовании сырого жома с повышенным содержанием сахара увеличивается чистота жомопрессовой воды. Вследствие этого, несмотря на увеличение количества жомопрессовой воды, количество несахаров в ней практически не возрастает.
Кроме того, повышение степени отжатия жома позволяет значительно снизить расход топлива на его сушку. В настоящее время на сахарных заводах РФ для получения 1 т сушеного жома затрачивается 600...650 кг условного топлива или 60...65% к массе сухого жома.
Повышение степени отжатия жома с 16...17% до 21...22% СВ позволяет снизить расход условного топлива до 34...36% к массе сухого жома, то есть, примерно в два раза.
Повышение степени отжатия жома, кроме того, позволяет снизить расход топлива на выпарной установке за счет меньшей откачки сока на диффузии.
Возврат жомопрессовой воды в диффузионный процесс - обязательное и непрерывное условие повышения эффективности свеклосахарного производства.
Однако на большинстве сахарных заводов возврат жомопрессовой воды не проводится в силу ряда причин. Одной из них является отсутствие жомопрессового оборудования, обеспечивающего глубокое прессование жома - до 25...30% сухих веществ. При прессовании жома до СВ = 12...16% для получения нормативных потерь сахара в жоме 0,25...0,35 % содержание сахара в сыром жоме должно быть примерно в два раза ниже, чем при прессовании жома до СВ = 25...30%. Получение же сырого жома с более низким содержанием сахара связано со снижением чистоты жомопрессовой воды. Так, установлено, что при снижении содержания сахара в сыром жоме с 1,4 до 0,3% величина чистоты жомопрессовой воды уменьшается примерно на 20 ед. Низкая чистота жомопрессовой воды приводит к ухудшению качества диффузионного сока и увеличивает содержание сахара в мелассе. То есть в этом случае эффективность возврата жомопрессовой воды значительно ниже, чем при прессовании жома до более высокой величины сухих веществ.
Жомопрессовая вода содержит значительное количество ВМС и сильно заражена микроорганизмами. Поэтому перед возвратом жомопрессовой воды на диффузию необходима ее очистка. Известно, что одной тепловой обработки жомопрессовой воды недостаточно, и поэтому необходима ее очистка при помощи химических реагентов.
Способы обработки жомопрессовой воды известны и достаточно подробно освещены в журнале «Сахар». Однако, известные способы имеют определенные недостатки, поэтому поиски новых способов продолжаются.
Следует иметь в виду, что при возврате жомопрессовой воды в диффузионный аппарат вводится определенное количество сахара, что при прочих равных условиях (откачка сока, температура и продолжительность процесса) приводит к увеличению содержания сахара в сыром жоме и соответственно в жомопрессовой воде, получаемой при его прессовании. С увеличением числа циклов возврата жомопрессовой воды обе эти величины будут увеличиваться, что в конечном итоге приведет к такому увеличению содержания сахара в сыром жоме, при котором уже при той же откачке и степени прессования достичь требуемого нормативного содержания сахара в прессованном жоме будет невозможно. То есть в этом случае необходимо увеличить откачку или осуществить сброс жомопрессовой воды. С технологической точки зрения второй вариант, а именно уменьшение содержания ВМС в соке, более предпочтителен.
При работе без возврата жомопрессовой воды в определенных ситуациях, например при недостаточной производительности завода по свекле, когда увеличение величины откачки для выпарной установки не играет особого значения, на первое место выходит вопрос о глубине обессахаривания жома, т. е. потерях сахара в жоме. В таких ситуациях при решении данного вопроса следует исходить из качества извлекаемого сока в зависимости от содержания сахара в сыром жоме.
Исследованиями, выполненными в последнее время в Польше, установлено, что при снижении содержания сахара в жоме с 1,4 до 0,3 % чистота извлекаемого сока уменьшается с 80 до 60 % практически по линейной зависимости. Понятно, что сок с чистотой 60 % можно рассматривать как мелассу и поэтому обессахаривание жома до более низкой величины содержания сахара, чем 0,3%, согласно мнениям специалистов, экономически нецелесообразно.
Мезга и ее влияние на технологический процесс.
Мезгой принято называть мелкие частички свеклы (размером менее 1 мм), которые образуются главным образом при изрезывании свеклы в стружку, перетиранием ее при транспортировке в диффузионном аппарате.
Количество мезги зависит от качества перерабатываемой свеклы, типа свеклорезки, применяемых ножей, режима изрезывания свеклы, типа диффузионной установки и т. д.
Согласно Р. Шивеку, содержание мезги в диффузионном соке из диффузионных аппаратов непрерывного действия составляет 0,05...0,3%.
Экспериментально показано, что при очистке диффузионных соков, из которых удалена мезга, получаются очищенные соки с чистотой на 2,0% и содержанием солей кальция примерно на 40% ниже, а сиропы с чистотой на 0,4% выше и цветностью на 20% ниже.
Мезга удаляется с осадком сока I сатурации. Однако удаление фильтрацией такого осадка связано с определенными трудностями из-за образования растворимых пектиновых веществ, за счет которых величина Fк возрастает примерно в два раза, что приводит к значительному замедлению процесса фильтрования.
Для удаления мезги из сока в настоящее время предложено много конструкций мезголовушек.
Среди них в последнее время широкое распространение получают дуговые сита, не имеющие движущихся частей. Испытания работы дуговых сит показали, что они удаляют примерно 50% мезги. При этом эффективность их работы зависит от содержания мезги в диффузионном соке и размера отверстий сита.